PQ控制范文

PQ控制范文（精选7篇）

PQ控制 第1篇

作为分布式电源(DG)接入的有效载体,微电网一般位于主网的末端直接与负荷相连[1],可能会包含相当比例的单相DG和负荷,因此,微电网内公共连接点(PCC)处电压不平衡现象切实存在[2,3]。基于dq变换下的PQ控制是目前主流的微电网控制策略之一[4,5,6],该方法一般通过跟随PCC处电压,控制注入电流来调节输出功率。当三相电压不平衡时会造成输出功率产生两倍工频的脉动[7],其中振荡的有功功率会引起直流母线电压波动[8,9],可能导致过电压甚至控制失稳,而振荡的无功功率会造成功率损耗以及运行电流大的问题[10]。因此,讨论微电网在电压不平衡条件下平抑功率脉动具有现实意义。

文献[11]推导了三相不平衡电压对DG输出有功与无功脉动的影响,并通过陷波滤波器在正反两种dq变换下分离正负序电流,进而利用推导的电流与功率的函数关系进行控制。该方法消除了逆变器有功功率以及直流母线电压的脉动,但造成无功功率脉动增大。文献[12]分析了电网故障时DG功率脉动现象,通过对一个合理的补偿参数的连续调节,得到了有功和无功脉动的幅值变化关系。但该方法仅定性分析了有功和无功脉动幅值的关系,没有给出解析表达式。文献[13]对比了瞬时功率控制、平均功率控制以及正负序补偿等5种功率控制方法的脉动,但难以给出一种兼顾多种指标的通用脉动抑制方案。

综上所述,目前抑制DG功率脉动的方法主要集中在改善有功脉动方面,对有功脉动与无功脉动之间的关系仅停留在定性分析阶段,难以获得一种较好的综合控制方案。针对目前存在的问题,本文推导了有功脉动与无功脉动的函数关系,并从正负序电流注入角度分析了脉动幅值变化的机理。在此基础上,定义了一种量化功率脉动的指标,并根据最优化理论提出综合控制有功脉动和无功脉动的二级控制,达到了同时减小有功和无功功率脉动的目的。

1 不平衡电压条件下DG运行分析

1.1 不平衡电压下DG逆变器模型

基于三相逆变器的DG电路如图1所示。

图中:Udc为直流母线电压幅值;C1为直流侧等效稳压电容;Ia,Ib,Ic为三相电流幅值。DG通过输出电感L连接到微电网PCC上,在电压不平衡状态下,不仅存在以同步速ω正向旋转的正序分量,还存在以-ω反向旋转的负序分量。但其中不包含零序通路,所以不包含零序分量。

PCC处的电压在αβ坐标系下可表示为:

式中:上标+、-分别表示正、负序分量;下标+、-分别表示正、反向同步旋转坐标系;E+dq+=E+d++j E+q+,E-dq-=E-d-+j E-q-,Edq为PCC处三相不平衡电压在dq坐标系下的变换值,Ed和Eq分别为其在d轴和q轴上的分量。

因此,在正、反向同步旋转坐标系中,DG变流器的数学模型可表示为:

式中:Vdq和Idq分别为逆变器三相输出电压和电流在dq坐标系下的变换值。

1.2 不平衡电压下DG功率特性分析

当微电网PCC处电压不平衡时,DG输出的有功功率和无功功率分别为:

其中

式中:P0和Q0分别为瞬时有功和无功功率的平均分量;Pc2和Ps2分别为瞬时有功功率的二倍频脉动分量;Qc2和Qs2分别为瞬时无功功率的二倍频脉动分量;Id和Iq分别为Idq在d轴和q轴上的分量。

根据和差化积公式,式(3)中有功脉动的瞬时值可转化成:

同理,无功功率脉动瞬时值可转化为:

式中:Pv和Qv分别为有功和无功脉动幅值,。

由式(7)和式(8)可知,有功脉动和无功脉动均可以转化成二倍公频的正弦函数。

1.3 有功和无功脉动幅值的关系分析

根据式(5)和式(6)中Pc2,Ps2,Qc2,Qs2的函数形式,推导存在以下关系(具体推导过程见附录A):

式中:

从式(9)可以看出,有功脉动和无功脉动的平方和分为两部分:一部分由正序电流和负序电压构成;另一部分由负序电流和正序电压构成。

在电网正常运行时,负序电压幅值一般小于正序电压幅值的2%。实际电压和电流的正序分量远大于负序分量,因此存在:E+d+I+d++E+q+I+q+≫E-d-I-d-+E-q-I-q-,E+q+I+d+-E+d+I+q+≫E-q-I-d--E-d-I-q-。

式(5)中的P0和式(6)中的Q0可近似为:

根据式(10)和式(11),可以近似求出注入电流的正序量为:

式(12)表明:当P0和Q0一定时,正序注入电流分量I+d+和I+q+可视为定值。根据式(9)可知,当I+d+和I+q+一定时,式(9)右端第1项9(E-I+)2/2为定值。若负序注入电流I-d-和I-q-为0时,因为式(9)中由负序电流和正序电压构成的部分为0,有功和无功脉动的平方和Pv2+Qv2达到最小。

文献[11]利用式(5)和式(6)的关系,提出了抑制DG有功脉动的策略,使瞬时有功功率的二倍频脉动分量Ps2=Pc2=0,具体形式如下:

从式(13)可以看出,通过正负序dq电压与功率的函数关系,可以获得正负序dq电流的给定值,使Ps2和Pc2为0。但式(5)和式(6)推导出的DG功率分项有6项,这种方法只能对P0,Q0,Pc2,Ps2这4项进行有效控制,无法控制无功功率的二倍频脉动分量Qc2和Qs2。

另外,式(13)需要利用注入负序电流来使Ps2和Pc2为0(即Pv为0),但由式(9)可知,引入负序注入电流的代价是使Pv2+Qv2增大9(E+I-)2/2,即在有功脉动Pv减小时,无功脉动Qv必然进一步增大。反之亦然,若减小无功脉动Qv,有功脉动Pv必然增大,因此,有功脉动与无功脉动幅值存在一种特殊的此消彼长的关系。

实际中,DG输出功率的质量不但受到脉动幅值Pv和Qv的影响,影响程度还与P0和Q0(即不包含二倍工频脉动的部分)有关。因此,定义两个衡量功率脉动的指标:有功脉动率p*和无功脉动率q*。

有功脉动率和无功脉动率分别为各自功率脉动幅值与有功和无功功率平均分量的比值。由定义可知,脉动率越大,DG输出功率受不平衡电压的影响越大。

有功脉动率和无功脉动率直接影响PQ控制的功率输出质量,因此需要一种控制策略,在能降低有功和无功脉动幅值Pv和Qv的基础上,同时兼顾有功和无功脉动率,因此考虑引入二级控制策略。

2 不平衡电压下的二级控制策略

2.1 微电网的层次控制

与传统电力系统相似,微电网也需要采用层次控制。微电网层次控制可以分成初级控制、二级控制和三级控制[14]。初级控制主要限于DG的本地控制,能够使系统变量以最快的响应速度跟踪其设定值,而二级控制和三级控制一般是依据微电网中的各种量测量进行的系统级调节。通常二级控制在初级控制达到稳定后,通过调整DG的设定值,对大时间尺度下控制指标的偏移进行修正[15]。三级控制主要根据经济运行以及与主网并网的需要进行调整。

2.2 基于最优化理论的正负序电流给定值计算

通过上文的讨论,得出了有功脉动幅值与无功脉动幅值之间的关系。为了寻找一种综合抑制有功脉动和无功脉动的二级控制方案,需要采用最优化理论来获得最优的正负序电流给定值。规划形式设为:

式中:Pref和Qref分别为PQ控制的有功和无功功率给定值。

式(16)是一个包含等式约束的非线性规划问题,优化的目标是使有功和无功的功率脉动幅值和最小。由式(5)和式(6)可知,P0,Q0,Ps2,Pc2,Qs2,Qc2为电流分量[I+d+,I+q+,I-d-,I-q-]的函数。该优化约束的意义是使Pref和Qref分别等于DG的瞬时有功和无功功率的平均分量P0和Q0(即不包含二倍工频脉动的部分),另外使有功脉动率p*和无功脉动率q*相等。

由于包含等式约束,可以采用拉格朗日乘子法将原问题转化成无约束问题。因此,优化目标可转化为:

式中:λ1,λ2,λ3为拉格朗日乘子。

求解无约束优化问题的极值问题,对目标G关于变量[I+d+,I+q+,I-d-,I-q-,λ1,λ2,λ3]求偏导数可得一组非线性方程组,具体结构见附录B。利用牛顿法迭代求解该非线性方程组可得正负序电流[I+d+,I+q+,I-d-,I-q-]的最优给定值。

当然在DG运行时,可能出现Qref=0的情况,这时可不考虑有功脉动率p*和无功脉动率q*相等的约束(P2s2+P2c2)/P2ref-(Q2s2+Q2c2)/Q2ref=0,式(16)仍可继续求解。

实际运行中,DG初级控制利用式(13)方法得到电流给定值进行控制,即在开始时以平抑DG有功功率的脉动为目的。一旦初级控制达到稳定后,当发现无功脉动大于一定范围后,则启动二级控制方案。图2为二级控制启动的流程图,图中下标m表示测量值。

由图2可知,该流程首先判断初级控制是否达到稳定,即正负电流给定值与测量值差值的绝对值小于某特定值δ=0.04A。而二级控制启动必须满足DG无功振荡幅值大于某特定值Qmin=500var,且无功脉动率q*不小于η=10%。

3 DG控制器结构

3.1 双电流比例积分控制器

控制电压源型逆变器必须给定电压参考量进行控制,因此,利用上述获得的电流给定值通过前馈比例积分(PI)算法得到电压给定值,即

式中:Kp和Ki分别为PI控制器的比例和积分系数。

通过上述前馈PI算法便可以获得正负序dq电压给定值。双电流控制的整体框图如图3所示,图中SPWM表示正弦脉宽调制。

3.2 正负序量测量的采样

根据上文可知,双电流控制器需要获得正负序输出电流的测量值进行反馈控制。αβ坐标系下的电流测量值Iαβm可表示为:

通过正序旋转变换有:

其中,正序电流在正序坐标系下为直流量,而负序电流变为100Hz的交流分量。因此,在正序控制中必须去除负序电流的影响。陷波器是一种特殊的带阻滤波器,其阻带在理想情况下只有一个频率点,可以去除负序电流的影响。同理在负序控制中,陷波器可去除正序分量的影响。其传递函数可描述为:

式中:ω1=200π;品质因数q=2。

式(21)的幅频特性见附录C图C1。陷波滤波器对100Hz附近的交流分量具有很强的削弱能力,对其他频率的交流分量基本没有阻碍作用。

当得到正序电流测量值I+dqm+后,可根据图4的方法分离出负序电流测量值I-dqm-。

3.3 改进的锁相环控制技术

为了保证采样电气量相位的准确性,锁相环被广泛应用于相位跟踪。由上文可知,当三相电压不平衡时,dq变换后会产生100Hz的交流分量,这会对锁相环造成一定的影响。由文献[16]可知,若将dq变换后获得包含100Hz交流量的电压测量值延时1/4个工频周期与原始值相加,即可以消除二倍工频交流量,具体锁相环结构见附录C图C2。这种结构的锁相环避免了利用滤波器消除100 Hz交流量时造成的相位延迟,同时能够精确获得PCC处的正负序电压值。

4 仿真分析

为了论证上述控制方案的有效性,在MATLAB/Simulink环境下建立模型进行动态仿真。系统主要参数如下:DG的额定容量为12kVA;Udc=800V;C1=8800μF;L=5mH。如附录C图C3所示,微电网PCC处的不平衡电压[Ea,Eb,Ec]=[341sin(ωt+90°),291sin(ωt-30°),311sin(ωt+210°)]。

图5显示了控制有功和无功脉动的具体过程。PQ控制设置的有功功率给定值Pref=8kW,无功功率给定值Qref=6kvar。在开始启动时为初级控制,该过程仅抑制有功功率的脉动。可以明显看出,无功脉动在此状态下相对较大,幅值近780var,而无功功率的给定值Qref为6kvar,由式(15)定义可知,无功脉动率q*约为13%。约0.77s时,二级控制启动,有功和无功脉动幅值均按照功率给定值的比例分配,即有功脉动幅值约为446 W,而无功脉动幅值约为330var。有功脉动率p*与无功脉动率q*均为5.6%左右,从而得到了较好的折中控制效果。

图6显示了未经陷波滤波器滤波的dq电流。可以看出二级控制未启动时,100Hz交流量非常明显。而二级控制启动后,100Hz交流量幅值下降显著,说明注入负序量减少。图7显示了经陷波器分离后的正负序dq电流,能够更直观地反映这一状况。当二级控制启动后,id-由0.48 A变为-0.07A,iq-由0.85A变为-0.12A。而正序电流分量主要与P0和Q0相关,二级控制前后给定值变化较小(电流参考方向如图1所示)。

可以看出初级控制为了完全抑制有功脉动幅值,不但造成无功脉动幅值变大,还要注入较多的负序电流。而二级控制则同时控制了两种脉动幅值,注入负序电流较少,印证了1.3节的理论分析。

定义电压不平衡度[17]εu为负序电压与正序电压的比值,即

上例中εu=4.6%,进一步增大PCC处电压不平衡度至εu=9.5%。PQ控制设置的有功功率给定值Pref=5kW和无功功率给定值Qref=3kvar。从图8可以看出,由于电压不平衡度增大,未采用二级控制时,无功脉动率达到近31.7%。而二级控制启动后,虽然有功脉动略有增加,但有功和无功脉动都控制在一个合理水平,脉动率均控制在12%左右。

图9为文献[18]提出的负序扰动补偿法的动态功率响应。该方法产生的有功脉动略小于本文提出的方法,但无功脉动却远大于本文提出的方案,因而整体脉动水平也大于本文提出的方案。另外从图10可以看出,就输出电流波形而言,二级控制明显优于文献[18]的方法。进一步对比两种方法输出电流的不平衡度εI=I-/I+(负序电流与正序电流的比值),二级控制约为2.6%,优于文献[18]方法的12.40%。

根据文献[11]可知,有功功率脉动会造成逆变器直流母线侧电压的波动,而采用本文提出的二级控制策略会造成一定的有功功率脉动。直流侧电压脉动量Vripple与有功脉动幅值Pv的关系可表示为[10]:

上文分别在不平衡度εu为4.6%和9.5%下采用二级控制,有功脉动幅值分别为446 W和600 W。根据系统参数计算直流侧电压脉动量约为0.1V和0.136 V,相对于直流母线电压Udc=800V,电压脉动量的影响较小。

附录C图C4对比了在不平衡度εu分别为4.6%和23%时直流母线电压的变化。可以看出,DG启动瞬间母线电压会有一个从跌落到恢复的过程。二级控制启动后,在不平衡度较低的情况下,直流母线波动不明显。而在不平衡度达到23%时存在一定幅值的电压波动,但影响相对有限。

5 结语

针对电压不平衡条件下微电网中PQ控制的DG会产生功率脉动的问题,本文首次推导了有功脉动幅值与无功脉动幅值的关系,并从正负序电流注入角度分析了脉动幅值变化的机理。在此基础上,提出一种同时减小有功脉动和无功脉动的微电网二级控制策略。

该方法利用求解优化模型得到的最优电流给定值,能够精确控制有功和无功的脉动幅值。仿真结果显示,与传统的控制方法相比,该方案同时将有功和无功脉动控制在一定合理的范围之内,并且向微电网内注入的负序电流较少,从功率和电流两个角度提升了微电网的电能质量。

一种潮流计算的PQ改进算法研究 第2篇

电力系统潮流计算就是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行方式下的节点电压和功率分布, 用以检测系统各元件是否过负荷、各点电压是否满足要求、功率的分布和分配是否合理以及功率损耗等[1,2,3]。

潮流计算在数学上是多元非线性方程组的求解问题, 求解方法有很多种, 而且目前也在研究新的方法[4]。本文对PQ分解法的基本原理作了详细的讨论, 并且指出了该方法在收敛性方面存在的一些问题, 特别是对于导线截面较小 (r>x) 的低压配电网络, 用PQ分解法进行潮流计算往往会遇到不收敛的情况。针对这个缺点, 本文根据B.Stott模型对PQ分解法作出了改进, 解决了PQ分解法求解一般r>x的低压网络的收敛性问题。并在此基础上采用由程序自动进行支路截断的办法, 解决了r>x比值较高的电缆网络及更高的某些三绕组变压器网络的收敛性问题。

2 潮流计算基本方程

2.1 潮流问题的基本方程

在潮流计算中, 任何复杂的电力网和电力系统都可以归结为以下元件组成[5,6]: (1) 发电机 (2) 负荷 (3) 输电线支路 (4) 变压器 (5) 母线上的对地支路 (6) 线路的对地支路。发电机和负荷节点用无阻抗线从网络中抽出来, 剩下的部分即由接地和不接地支路组成一个无源线性网络, 这个无源线性网络可用相应的导纳矩阵来描述, 采用导纳矩阵时, 节点诸如电流和节点电压构成以下线性方程:

由于实际电网中测量的节点注入一般不是电流而是功率, 因此必须将上式的电流I用节点注入功率来表示[7]:

由功率代替电流的结果, 使式 (1) 电流电压的线性方程组变为功率和电压的非线性方程组, 这个非线性方程组 (2) 就是潮流计算的基本方程。上式共有n个非线性复数方程式, 即相当于2n个实数方程式, 由此可以解出2n个运行参数。

2.2 Newton-raphson潮流计算方法

式 (2) 为潮流计算的基本方程, 要在实际中计算还需要进行以下变换[8,9,10]:

(1) 将功率写成以电压作自变量的函数形式; (2) 将复数形式的功率、导纳及电压按实部、虚部分别展开为实数方程; (3) 计算公式应体现导纳矩阵的稀疏性特点。得实际运算方程如下:

根据式 (3) , 可以把电力系统潮流计算问题归结为:对于给定的Psi、Qsi (i=1, 2, n) , 寻求这样一组电压向量iV、θi (i=1, 2, n) , 使按式 (3) 所确定的功率误差ΔPi、ΔQi (i=1, 2, n) 是在容许的误差范围之内。

3 PQ分解法的敏感性及解决办法

一般来说, 110千伏以上的高压电力网中, 变压器支路或输电线支路满足以下关系[11]:

并且电压等级越高, 导线截面越大, 以上关系越能满足。而且有:

PQ分解法潮流程序在低压配电网络中, 随着支路r/x比值的增大, 迭代次数明显增加, 当r/x比值较大时, 可能出现不收敛的情况[12,13,14]。这就是分解算法对于r/x比值的敏感性。限制了分解法程序在低压配电网络的推广发展。除了在低压配电网络中会出现r/x比值较大的支路外, 在电缆网络及某些三绕组变压器网络中也可能出现r/x较大的支路, 某些三绕组变压器及其等值电路中的某侧支路可能达到极大的r/x, 导致分解算法的假设条件 (1) 、 (2) 均不成立, 因而分解法失去了基础, 不再适用。

还可以看到分解法程序是否对r/x比值产生敏感性, 主要取决于形成第一系数矩阵B’采用什么模型。PQ分解法程序去掉了对地支路及非标准变化的影响形成B’, 快速分解法程序在PQ分解法的基础上进一步去掉线路电阻r的影响形成B’’, 这种处理使快速分解法比PQ分解法大大降低了对r/x比值的敏感性。

快速分解法残余的敏感性仍然是有待解决的问题。要使敏感性完全消失也是可以实现的, 下面介绍一种在PQ分解法程序中加进支路截断来进一步克服敏感性的办法, 即在程序中自动地将r>x的支路分解成两条或者多条r

式中, r1、r2、x1、x2为分解后两条新支路的电阻和电抗;r、x为原支路的电阻和电抗;k为大于2的常数, 原则上越大越好。但在实际运算中可以灵活掌握, 一般数值在10左右, 选取合理的k值可以获得最佳迭代效果。

4 仿真和试验结果

分别采用PQ分解法程序和PQ支路截断法程序通过Matlab对具有不同r/x比值的某7节点网络 (如图 (1) 所示) 以及11节点网络 (如图 (2) 所示) 进行了计算比较。在该网络中一条支路 (编号为4-6) 的阻抗为15+j20, 人为地在该支路上增加一个节点, 把它分为两段, 其支路编号分别为4-5及6-5, 其阻抗按表1所列的几种情况组合。其收敛情况列于表1中。

由表1可见, 随着支路4-5的r/x比值的增大, PQ法的迭代次数逐渐增加, 当r/x=3时迭代次数达213次, 而当r/x达3.75迭代不能收敛直至发生运算溢出。从表1同样可以看出, 快速支路分解法以快速分解法为基础, 又加入了支路截断的办法来降低r/x的值, 很好的解决了潮流计算的r/x过大而影响潮流的收敛性问题。

通过对7节点和11节点网络进行PQ潮流计算及PQ支路截断潮流计算, 得到以上表格可知, 支路截断法大大改善了具有r/x支路的网络潮流计算的收敛性, 它不但对于r/x比值较高 (600) 的网络是必须的, 就是对于一般r/x比值 (3~5) 也是有利的。但是另一方面支路截断也会带来某些不利, 即引起节点数及不接地支路数的增加, 因而增加因子表的非零元素及相应的运算次数。为了避免这些不利因素, 在实际程序中, 并不对所有r/x>1的支路进行分解, 而仅对r/x比值较大 (10以上) 的支路进行分解。

5 结论

本文提出的在PQ法中加入截断的办法, 可以有效降低快速分解法对于r/x比值的敏感性, 对于工业应用及电力网的设计有实际的参考意义。仿真与实验结果验证了该方法的正确性和可行性。该方法不仅扩大了PQ法在电缆及三绕组变压器网络的适用范围, 减少了迭代次数, 加快了潮流计算的迭代速度, 更有利于实时准确监测电网参数。

摘要：文章针对PQ分解法在导线截面较小 (r>x) 的低压配电网络应用时存在不收敛的问题, 根据B.Stott模型在PQ分解法的基础上提出采用由程序自动进行支路截断的改进PQ支路截断法, 解决了r/x比值较高的电缆网络及更高的某些三绕组变压器网络的收敛性问题。并分别利用PQ法和改进的PQ支路截断法对7节点及11节点电力网络进行了仿真分析, 实验结果验证了本方法的正确性和可行性, 并且减少了迭代次数, 加快了潮流计算的迭代速度, 更有利于实时准确监测电网参数。

PQ控制 第3篇

电力电子技术在推动电力系统发展, 灵活高效地利用电能的同时, 其设备又成为电力系统中最主要的谐波源, 同时消耗无功功率[1,2]。谐波的危害是多方面的, 主要体现在:1) 对供配电线路的危害:主要是影响线路的稳定运行和电能质量;2) 对电力设备的危害:包括对电力电容器的危害、对电力变压器的危害和对电力电缆的危害;3) 对用电设备的危害:包括对电动机的危害、对低压开关设备的危害和对弱电系统设备的干扰。4) 对人体和电力测量准确性的影响:目前采用的电力测量仪表当谐波较大时将产生计量混乱, 测量不准确。谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁, 给周围的电器环境带来极大影响并对人体健康存在潜在危害, 被公认为电网的危害和人体生命的杀手。

1 电力谐波的定义

目前国际普遍定义谐波为:谐波是一个周期电气量正弦波分量, 其频率为基波频率的整数倍[3]。以正弦波电压为例, 可以表示式 (1) :式中U是电压有效值, θ是初相角, ω是角频率, T为周期;对于周期为T的非正弦波信号, 在满足狄里赫利的条件下, 可分解为如式 (2) 的傅立叶级数。

频率与工频相等的分量称为为基波, 频率是基波频率大于1的整数倍的分量称为谐波, 其频率为基波频率的整数倍。

2 基于PQ法的谐波电流和无功电流检测设计

2.1 三相瞬时无功功率理论

PQ法的理论基础是三相瞬时无功功率理论。三相电路瞬时无功功率理论最早在1983年由赤木泰文提出, 它是以瞬时实功率P和瞬时虚功率Q的定义为基础。该理论突破了传统的以平均值为基础的功率定义, 系统的定义了瞬时有功功率、瞬时无功功率等瞬时功率量。设三相电路各相电压和电流的瞬时值分别为ea、eb、ec和ia、ib、ic。为分析问题方便, 把它们变换到αβ两相正交的坐标系上研究[4,5,6,7]。由下面的变换可以得到αβ两相瞬时电压eα、eβ和两相瞬时电流iα、iβ。

根据上式 (4) 引入瞬时有功功率和瞬时无功功率, 有矩阵形式:

把 (3) 带入上式, 可得出p、q对于三相电压、电流的表达式:

从 (6) 中可以看出三相瞬时有功功率就是三相电路是瞬时功率。由式 (5) 得出:

αβ相的瞬时无功功率qα、qβ (瞬时有功功率pα、pβ) 分别为该相瞬时电压和瞬时无功电流 (瞬时有功电流) 的乘积, 即:

三相电路各相的瞬时无功电流iaq、ibq、icq (瞬时有功电流iap、ibp、icp) 是αβ两相瞬时无功电流iαq、iβq (瞬时有功电流iαp、iβp) 通过两相到三相变换所得到的结果, 即:

2.2 PQ法检测原理

PQ检测方法的框图如图2所示:图中的-1表示矩阵的逆。

将iaf、ibf、icf与ia、ib、ic相减, 即可得出ia、ib、ic的谐波分量iah、ibh、ich。

当需同时用于补偿谐波和无功时, 只需断开图3中计算q的通道即可。由于采用了低通滤波器 (LPF) 求取, 从而使检测结果有一定延时。但当只检测无功电流时, 则不需经低通滤波器, 而只需直接将q反变换即可得出无功电流, 这样就不存在延时了[7,8,9]。

2.3 PQ检测仿真设计和验证

下面就以PQ法为例设计在一三相桥式全控整流电路中检测谐波电流。在本设计中u2=220V, 阻感负载R=60Ω, L=700ml, 检测当α=30°是该电路的输入侧的谐波电流和无功电流分量。其主要电路如图3所示。

α=30°时所检测得到的谐波电流波形见图4, 其各项所代表的测量同上:其中a相电流幅值为7.5-7.65A。输入侧a相的基波电流幅值为8.3-8.35A之间。输入侧a, b, c相的谐波电流最大值为4.085A。α=30°时所得到的谐波和无功电流波形见图5:谐波和无功电流的最大值为7.27A。

3 结论

本文以现代电力生活中大量非线形负荷造成的谐波现象为背景, 提出了谐波电流抑制这个现实而急切的问题。本文揭示了谐波的产生原因和危害, 重点分析了基于PQ法的谐波电流和无功电流检测法。该方法主要是将三相电流电压通过帕克转换到两相坐标上, 利用向量的有关性质, 在坐标系中可得到电源电流与两相电流的关系以及电源电压和两相电压的关系, 从另一侧面表达出电流与功率的关系, 将无功功率与有功功率分开来分析。最后以一三相电轮为实例作出仿真设计, 证明了PQ法在同时检测谐波电流和无功电流时具有无延迟性。

参考文献

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[2]林渭勋.现代电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.

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[8]李建林, 张仲超.关于谐波及无功电流检测方法的综述[[J].电力系统及其自动化学报, 2003, 4.

PQ控制 第4篇

1 故障一

1.1 故障现象

进行头部扫描时, 经常会出现有规则的单方向的多条伪影, 关闭机架有时伪影消失, 但开机后多对几个患者进行扫描, 伪影又会出现。随着机器的长时间使用, 这种现象出现的越来越频繁。

1.2 分析与检修

与伪影有关的设备单元是数据采集模块和重建模块。数据采集模块包括探测器、探测器母板MC、探测器通道板VFSC、采集的时序控制板DSCC和发送板SCLC、探测器通道选择板PSDC。重建模块包括VIM板、AP板和BP板[1]。用诊断软件Dita分析, 发现第859个探测器损坏, 进行关闭处理Bad_dets后, 机器恢复正常, 头部伪影消失。

2 故障二

2.1 故障现象

进行腰椎扫描时, 图像对比度差, 且有不同方向的多条伪影, 关闭机架重新开机后, 伪影现象依旧。

2.2 分析与检修

用诊断软件Dita分析探测器数据, 发现第50-99、350-399、650-699、950-999通道损坏, 而且是有规律的相差300探测器通道损坏。初步判断VFSC#1第一块通道板发生故障, PQ-2000S螺旋CT机共有3块VFSC板, 参数和功能相同, 可以互换。我们把第一块VF-SC#1板与第三块VFSC#3板互换后, 再次进行扫描, 用Dita进行分析, 发现损坏的通道数据变为:250-259、550-599、850-899、1150-1199, 至此, 可以判定第一块VFSC板损坏。更换同型号的178553#VFSC板, 做空气Air、Flat和Pilot校正后, 腰椎扫描恢复正常。

3 故障三

3.1 故障现象

进行头部和体部扫描时, 出现一个黑色同心圆伪影, 位置相对固定。

3.2 分析与检修

PQ-2000S螺旋CT机属于旋转-固定式第四代低压滑环CT机。数据采集模块出现故障产生的伪影一般是条形伪影, 而准直器箱Collimater Box是跟随球管同步转动的, 因此有可能是Collimater Box里的元件出现故障产生同心圆伪影。Collimater Box内有Filter、Compensator和Collimator等部件, 打开Collimater Box箱, 发现补偿器Compensator正中心有一处裂纹, 故可判断是补偿器损坏导致图像出现伪影[2]。更换同型号的179657#补偿器, 做Auto Calibration后, 黑色同心圆消失, 头部和体部扫描正常, 故障排除。

4 小结

PQ-2000S型螺旋CT机产生的条形伪影可用诊断软件Dita来分析探测器接收的数据, 单个通道损坏一般为探测器板故障, 可以用Bad_dets关闭。相差300个通道数据损坏, 一般是VFSC板或探测器环电缆出现问题, 可以通过互换VFSC板加以判断。如果VFSC板只是个别通道损坏, 可以将Bad_dets关闭, 一次应关闭4个相差300的探测器。如果出现CT值偏差很大且图像对比度差的情况, 则必须更换VFSC板。关于DSCC、SCLC、PSDC板可以借助于诊断软件Feud加以判断, 重建模块中的VIM板、AP和BP板, 可以用原始数据重建Rawdata中的Soucefan、DETF、FDAT等加以判断。

5 体会

我们应定期对机架的探测器、数据采集模块电路板和重建模块的电路板进行除尘处理, 保持机架过滤垫和操作台过滤垫的清洁通风, 并且控制好机房内的温湿度 (温度为20~25℃, 湿度为50%~65%) [3]。做好以上工作, 按照以上方法对机器进行维护, 既降低了CT机出现伪影的几率, 又提高了设备的运行效率。

参考文献

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[2]孟强.GE9800quick CT机环形伪影故障维修2例[J].医疗设备信息, 2006, 21 (6) :106.

PQ控制 第5篇

1. 电控系统

PQ190型平地机电控系统原理如图1所示。其行走打滑自动调整失效在电控系统中的故障点应包括:左、右驱动马达转速传感器N1和N2本身故障或线路故障,使PLC未得到正常的行驶马达转速信号,PLC不能输出正确的打滑调整控制信号;打滑调整控制继电器K8、K9及其线路故障;左、右防滑电磁换向阀Y6、Y7及其线路故障;PLC本身故障或者程序错误等。

对照图1检查电控系统故障的具体步骤如下:

检查PLC打滑控制输入点I0.0、I0.1,即左、右驱动马达转速信号是否正常;再检查打滑控制输出点Q0.4、Q0.5,即防滑调整输出信号是否正常。观察I0.0、I0.1和Q0.4、Q0.5指示灯,若指示灯亮且不断闪烁,则证明输入、输出信号正常。

如果PLC打滑控制输入点I0.0、I0.1指示灯不亮或者亮而不闪烁,则检查I0.0、I0.1输入线路和N1、N2 (即左、右驱动马达转速传感器),若传感器损坏则更换。

如果PLC打滑控制输出点Q0.4、Q0.5指示灯不亮或亮而不闪烁,则逐一检查Q0.4、Q0.5输出线路和K8、K9继电器。若继电器或续流二级管损坏,应更换。

如果上述PLC打滑控制输入、输出信号、线路和电气元件均正常,则检查左、右防滑阀Y6、Y7。若电磁阀或续流二级管(与防滑阀Y6、Y7并联)损坏,应更换。

2. 行走液压回路

PQ190型平地机行驶液压回路如图2所示。其行驶液压回路中的自动防滑装置设有1个调力阀组,该阀组由2个防滑阀和1个电磁换向阀和2个节流阻尼孔组成,作用是防止平地机工作时驱动轮打滑。其工作原理是:当平地机左、右驱动轮有一侧打滑时(即一边轮胎转动, 另一边轮胎不转),打滑一侧电磁换向阀的电磁铁得电,关闭打滑轮主油路防滑阀,压力油从节流阻尼油路流动,迫使压力油大部分流向不转动轮油路,以加大不转动轮的力矩,实现转动。

PQ190型平地机行走打滑自动调整失效在行驶液压系统中的故障点包括:电磁换向阀阀芯磨损、卡滞;防滑阀Y6、Y7阀芯磨损、卡滞,节流孔堵塞。

对照图2检查行走液压回路的具体步骤如下:

检查电磁换向阀,若阀芯磨损、卡滞,应更换;检查防滑阀Y6、Y7,若阀芯磨损、卡滞,应更换;若节流阻尼孔堵塞,应疏通。

进行上述检查时,可通过左、右防滑阀互相交换来判断。

PQ控制 第6篇

关键词：潮流计算,牛顿-拉夫逊法,PQ分解法

0 引言

潮流计算是电力系统稳态运行方式下的一项基本运算。其根据给定的初始运行条件和电力网络结构,确定整个网络的当前运行状态,用以判定这一运行方式是否合理,是否符合经济性。然而随着电力网络规模的不断扩大,运行方式日益复杂,这给潮流计算的准确性和实时性带来了很大的挑战,当前的算法已经很难满足电网的实际需求。

1 2种算法的比较

目前电力系统的潮流计算方法主要应用牛顿拉夫逊法和PQ分解法。

潮流计算中用的最基本的方法是牛顿拉夫逊法[1]。牛顿一拉夫逊法是数学上解非线性方程组的有效方法,用于潮流计算,是以导纳矩阵为基础,充分利用了导纳矩阵的对称性、稀疏性以及节点编号顺序优化等技巧,使得牛顿拉夫逊法在可靠性、收敛性、计算速度、占用内存等方面都达到了一定的要求。但如果用于计算的初值选择不当,则在迭代的过程中就不能收敛。

PQ分解法是对牛顿一拉夫逊法的改进[2],在交流高压电网中,输电线路的电抗要比电阻大得多,系统中母线有功功率的变化主要受电压相位的影响,无功功率的变化则主要受母线电压幅值变化的影响[3,4]。以此作为忽略条件,节点的有功功率不平衡量只用于修正电压的相位,节点的无功功率不平衡量只用于修正电压的幅值。将2个功率不平衡量分别轮流进行迭代,这就是所谓的有功无功功率分解法。这一简化大大地节省了机器内存和解题时间[5-6]。在计算速度、程序设计等方面具有优异的特性。但PQ分解法在迭代达到一定的次数后,收敛速度相对较慢,并且在有些电网中不能满足电抗远大于电阻的初始条件,会导致最终结果不能收敛。

2 2种算法的结合

为了得到正确可靠的潮流计算结果,综合2种算法的优缺点,考虑将2种方法结合使用。

根据前述可知,PQ分解法对牛顿拉夫逊法所作的简化只是简化了其修正方程式,所以只影响了迭代过程,但最终的结果没有变化。牛顿一拉夫逊法和PQ分解法采用的是相同的数学模型[7,8],计算过程中的误差收敛性的判别也采用相同的方式。因此,这2种方法可以结合起来使用。

从牛顿拉夫逊法(公式1)和PQ分解法应用的修正方程式(公式2)可以看出,牛顿拉夫逊法是按平方关系收敛的,因此收敛特性曲线是一条抛物线。PQ分解法是按照一个固定不变的系数等比例进行迭代计算,也称为“等斜率法”,因此收敛特性曲线是一条直线。2种方法的收敛特性曲线如图1所示。

从图中可以看出,牛顿拉夫逊法开始时收敛速度比较慢,迭代到一定的次数时,收敛速度非常快;PQ分解法的收敛速度一直没有变化。

综合以上分析,将2种方法结合起来使用,兼顾收敛性和计算速度,最初的迭代使用PQ分解法,迭代一定的次数后转入牛顿一拉夫逊法继续进行迭代。采用这种方式解决了牛顿拉夫逊法开始迭代时收敛比较慢的问题,可以减少迭代的计算次数。

在大电网区域的潮流计算中,由于计算初值选择不当或其他原因,经常会出现使用单一一种潮流计算方法不收敛的情况[9,10]。这种情况下,收敛的误差不会随着迭代次数的增加而逐渐减小,而在迭代一定次数时会有增大的趋势。这样就使得潮流计算无法达到指定的收敛精确值,导致潮流计算没有结果。

对于这种情况,可以首先采用一种算法进行计算,如果迭代到一定的次数出现不收敛并且误差增大的情况,则采用另一种算法进行计算,如果照样出现不收敛且误差增大的情况,则退出计算过程。

3 应用算例

应用以上所述的方法,以30节点的系统作为潮流计算的算例,如图2所示。其中30节点为平衡节点,27、28、29节点作为PV节点,其余为PQ节点。利用3种方法(牛顿拉夫逊法、PQ分解法、2种算法结合)分别进行了计算。指定收敛误差为0.000 01,2种算法结合的方法首先采用PQ分解法迭代3次,然后转入牛顿一拉夫逊法进行迭代。

各种潮流算法的收敛情况如表1所示。从表中的迭代次数比较可以看出,利用2种算法结合的方式进行潮流计算,收敛速度的确得到了提高。

4 结语

本文通过对潮流计算的2种算法(牛顿拉夫逊法和PQ分解法)的探讨,提出了将2种算法结合起来使用的方法,并通过算例验证了这种方法的正确性和可实施性。算法中用PQ分解法代替牛顿一拉夫逊法开始迭代时收敛较慢的过程,克服了牛顿拉夫逊法的缺点,并保留了它的优点,尤其对于大电网潮流计算,能减少迭代次数,大大加快收敛的速度。

参考文献

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PQ控制 第7篇

管理一个庞大而迅速变动的医用耗材数据库, 找出其中的“重点种类”, 把主要的管理精力应用于那些使用量大、或价格高、或临床活动需要的耗材上, 才能事半功倍[2]。

1 方法

1.1 数据来源与解析

基础数据资料摘自2013年某三甲医院某院区使用的全部低值耗材的数量、价格、业务方式和核算类别。

根据使用范围的不同, 参考行业编码规则, 被调研三甲医院将低值耗材分为17大类, 分别是敷料及胶布、试纸、手术及检查器械、治疗器械、医用制品、口腔科器械、医用胶片、导管类、专用耗材、玻璃及塑料制品、印刷品、其他卫材、计算机及耗材、无菌纱布敷料、无菌医用制品、无菌诊疗器械、其他无菌器械[3]。总计9747种型号的低值耗材都赋予一个对应的核算类别, 并归属到这17类中的某一类核算。

被调研医院低值医用耗材有“库发”模式和“零购”模式2种业务方式。1817种型号的低值耗材采用库发模式供应, 即先采购入库验收, 根据临床科室需求配送到各个使用单元。这种模式下医院拥有耗材库存, 需要通过预测临床需求制定采购计划。如何提高库房周转, 在满足需求的情况下降低库存、提高效益是“库发”模式的管理重点。另外7930种型号的低值耗材采用零购模式供应, 特点是收到需求订单后再向供应商订货, 货物验收后直接配送到使用单元。零购模式是“零库存”管理的一个极端形式[4], 一对一的倒向订单式供应适合专科性、用量相对较小的低值耗材, 对供应周期和采购单价的控制是管理重点。

1.2 理论介绍

PQ分析法将被调研对象的价格作为横坐标, 数量作为纵坐标, 在坐标轴中不同核算类别的低值耗材各自对应一个实点, 显示出价格和使用量两种属性。

计算出所有核算类别低值耗材的平均价格和年均使用量, 并在PQ坐标图中标注, 可以发现坐标图被分为了4个区域。落在右上方区域的耗材具有单价高、使用量大的特点;落在右下方区域的耗材具有单价高、使用量小的特点;落在左上方区域的耗材具有单价低、使用量大的特点;落在左下方区域的耗材具有单价低、使用量小的特点。利用PQ分析法可以将不同种类耗材的价格和使用量属性图像化, 并根据此制定对应的管理办法。

ABC分类法根据被调研对象在某方面的主要特征 (金额/数量) , 进行分类排队, 分清重点和一般, 从而有区别地确定管理方式。由于它把被分析对象分成A、B、C三类, 针对类别分别制定不同的管理办法, 把主要的管理精力分配到对A类物资的管理上[5,6,7]。

具体分5步操作: (1) 计算每个核算类别耗材的年使用金额/数量; (2) 按照金额/数量由大到小排序并列成表格; (3) 计算每个核算类别耗材金额/数量占总金额/数量的比率; (4) 计算累计比率; (5) 分类。累计比率在0%~60%的为最重要的A类耗材;累计比率在60%~85%的为次重要的B类耗材;累计比率在85%~100%的为不重要的C类耗材。

2 结果

PQ分析法将耗材分为4大类, ABC分类法将耗材分为3大类, 在医院耗材管理实务中, 要兼顾区分管理重点和次要点的功能, 又不能分类太多、太杂, 适得其反。综合考虑PQ分析法和ABC分类法理论, 找出共同点, 将被调研医院的低值耗材分为一类物资和二类物资最适于应用[8]。

2.1 库发模式低值耗材分类

被调研医院2013年通过库发模式发放低值耗材超过1600万件, 涵盖了医用制品、无菌诊疗器械、治疗器械、玻璃及塑料制品、敷料及胶布、无菌纱布敷料、印刷品、其他卫材、无菌医用制品、试纸、计算机及耗材、其他无菌器械、手术及检查器械和口腔科器械14个核算类别。

利用PQ分析法, 计算出库发耗材的平均单价为33元, 平均使用量为108万件。平均价格线和平均使用量线将坐标轴分为4个区域, 不同核算类别的耗材落在了不同区域。比如, 医用制品单价略高于平均单价, 使用量大大超过平均用量, 属于单价高、使用量多的低值耗材。2013年库发低值耗材PQ分析图, 见图1。

计算所有核算类别低值耗材的数量占比, 按照比例从多至少排序, 再计算出数量累计比。应用ABC分类法, 2013年库发低值耗材ABC分类法工作表, 见表1。

从表1中可以看出, 按照数量累计比分类, 医用制品属于A类耗材;无菌诊疗器械和治疗器械属于B类耗材;其他核算类别属于C类耗材。按照金额累计比分类, 医用制品和无菌诊疗器械属于A类耗材;治疗器械属于B类耗材;其他核算类别属于C类耗材。

综合PQ和ABC分析结果、被调研医院管理实际, 总结出“一类耗材”为:医用制品、无菌诊疗器械、治疗器械。一类耗材使用量都大于平均水平, 累计金额比和累计数量比在0%~85%。各核算类别耗材二级分类示意图, 见图2。

2.2 零购模式低值耗材分类

被调研医院2013年通过零购模式发放低值耗材超过3千万件, 涵盖了除其他无菌器械以外的16个核算类别。

利用PQ分析法, 计算出零购耗材的平均单价为206元, 平均使用量为102万件。平均价格线和平均使用量线将坐标轴分为了4个区域, 不同核算类别的耗材落在了不同区域。比如, 试纸类单价低于平均单价, 使用量大大超过平均用量, 属于单价低廉、使用量多的低值耗材。2013年零购低值耗材PQ分析图, 见图3。

计算所有核算类别低值耗材的数量占比, 按照比例从多至少排序, 计算出数量累计比。应用ABC分类法分类, 2013年零购低值耗材ABC分类法工作表, 见表2。从表2中可以看出, 按照数量累计比分类, 试纸、玻璃及塑料制品、无菌诊疗器械、治疗器械属于A类物资;敷料及胶布、印刷品、医用制品属于B类物资;其他核算类别属于C类物资。按照金额累计比分类可以得到类似结论。

综合PQ和ABC分析结果和被调研医院管理实际, 总结出“一类耗材”为:试纸、玻璃及塑料制品、无菌诊疗器械、治疗器械、敷料及胶布、印刷品、医用胶布。各核算类别耗材二级分类示意图, 见图4。

3 结论

针对库发型一类耗材适合采用以下管理办法: (1) 增加对使用量预测频率; (2) 更频繁地检查库存; (3) 更加频繁地总结检查使用者要求、订货期、安全库存水平是否合适; (4) 频繁检查未到货订单数量和未送货订单数量; (5) 经常反馈总结供应商表现, 寻找替代货源, 保障物资供应安全。库发型二类耗材同样适用以上的管理办法, 只是对于差错可以有更高的容忍度, 总结检查的频度可以更低。

针对零购型一类耗材适合采用以下管理办法: (1) 加强采购价格管理, 力求供应价格合理稳定; (2) 监测并着力缩短采购周期, 提高服务水平。零购型二类耗材同样适用上述管理办法, 只是价格波动可以更大, 供应周期可以略长。

PQ分析可以将不同类型耗材的价格和使用量属性图像化, ABC分类法通过运算把物资重要性进行排序归类, 综合运用多种分析方法, 结合被调研医院的管理实际, 形成简单易行的二级分类管理结论, 是一种理论联系实际的管理模式, 能将有限的管理资源集中到最需要的地方, 既提高了效率, 又提高了满意度[9,10,11,12]。

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